宽频带圆极化天线设计

摘要

随着现代无线通信技术的快速发展，人们对通信设备的带宽提出了越来越高的要求。圆极化天线因其相比于线极化天线具有抗多径效应和抗极化失配等优势也受到了许多的关注。因此，宽带圆极化天线对未来无线通信的发展具有重要意义。本文主要对宽带圆极化天线进行了一些研究，设计完成了三款圆极化天线，并通过仿真实测验证，具体工作如下： 1.提出了一种倾斜单极子宽带圆极化印刷天线。基于单极子的宽带特性，通过调节地板结构和倾斜放置矩形单极子的方式获得了具有宽带特性的圆极化天线。天线在工作频段内有一个良好的双向辐射性能，在+Z方向是右旋圆极化辐射，在-Z方向是左旋圆极化辐射。天线仿真的阻抗带宽达到81.7%（1.89-4.50GHz），3dB轴比带宽为70.68%（2.15-4.5GHz）。 2.设计了一种结构简单的紧凑型双频圆极化缝隙天线。通过微带馈电线激励不对称的U形缝隙，实现双频圆极化辐射，并在U形缝隙的直角边上引入两个长度为高频1/4波长大小的L形缝隙以改善天线的阻抗匹配和高频谐振，最终获得所需频段的双频圆极化辐射。天线实测的阻抗带宽为43.11%(2.42-3.75GHz)和30.31%(5.01-6.80GHz)，轴比带宽为43.9%(2.40-3.75GHz)和16.22%(5.10-6.0GHz)。天线的工作频段可以覆盖2.4/5.2/5.8-GHz的WLAN频段和2.5/3.5/5.5-GHz的WiMAX频段。 3.首先，基于扇形十字交叉偶极子结构，设计了一款背腔式宽带单向辐射圆极化天线，通过对辐射贴片结构的优化以及在背腔壁刻缝的形式提高天线的阻抗带宽以及轴比带宽，同时也提高了天线的轴比波束宽度。天线实测的阻抗带宽为70.0%（1.17-2.43GHz），轴比带宽为47.83%（1.4-2.28GHz），带宽范围内的最大轴比波束宽度超过170°。其次，为了进一步提高天线的阻抗带宽和轴比带宽，基于所提出的天线单元，设计了1×2和2×2的圆极化阵列。阵列的馈电网络通过设计的90°宽带相移器和180°宽带相移器实现。最终，1×2的圆极化阵列轴比带宽达到90.3%，2×2的圆极化阵列轴比带宽达到92.6%。

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